第0章-3热力学定律

1、1第一章第一章 热力学与统计热力学与统计l 热学发展简史热学发展简史l 热的本质热的本质运动运动l 热力学的四个定律热力学的四个定律l 波尔兹曼与统计力学波尔兹曼与统计力学l 麦克斯韦妖和信息熵麦克斯韦妖和信息熵2B1.3、热力学的四个定律、热力学的四个定律3一、热力学第零定律一、热力学第零定律如果两个系统分别与处于确定状态的第三个系统达如果两个系统分别与处于确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。1、温度经验、温度经验人体感觉：反映物体冷热程度。人体感觉：反映物体冷热程度。缺点：主观经验只能给出定性的判断，有时甚至会缺点：主观

2、经验只能给出定性的判断，有时甚至会判断出错。判断出错。ABABC热力学第零定律表明，处在同一平衡态的所有热力热力学第零定律表明，处在同一平衡态的所有热力学系统都有一个共同的宏观性质，这个决定系统热学系统都有一个共同的宏观性质，这个决定系统热平衡的宏观性质的物理量可以定义为平衡的宏观性质的物理量可以定义为温度温度。4温度的数值表示法称为温度的数值表示法称为温标温标，表达温标的具体装置，表达温标的具体装置为为温度计温度计。温度计温度计测温属性测温属性水银温度计水银温度计体积体积酒精温度计酒精温度计体积体积铂电阻温度计铂电阻温度计电阻电阻铂铂- -铹热电偶温度计铹热电偶温度计 热电动势热电动势定容气

3、体温度计定容气体温度计压强压强定压气体温度计定压气体温度计体积体积不同温度计测量同一对象的温度时，除冰点和沸点不同温度计测量同一对象的温度时，除冰点和沸点按规定相同外，其他温度的指标并不严格一致。按规定相同外，其他温度的指标并不严格一致。5气体的宏观状态可以用气体的宏观状态可以用V、P、T 描述。描述。问题问题:改变气体宏观状态的途径有哪些？改变气体宏观状态的途径有哪些？做功做功与与传递热量传递热量效果相同，但本质差别大。效果相同，但本质差别大。做功做功：做功总是通过物体的宏观位移来完成的，所：做功总是通过物体的宏观位移来完成的，所起的作用是系统外物体的有规则运动的能量与系统起的作用是系统外物

4、体的有规则运动的能量与系统内分子无规则运动能量之间的转换，从而改变系统内分子无规则运动能量之间的转换，从而改变系统的内能的内能。A传递热量传递热量：是通过分子之间的相互作用来完成的，：是通过分子之间的相互作用来完成的，所起的作用是系统外物体的分子无规则运动能量与所起的作用是系统外物体的分子无规则运动能量与系统内分子无规则运动能量之间的转换从而也改变系统内分子无规则运动能量之间的转换从而也改变系统的内能。系统的内能。Q6VAF rpS rp V 7二、热力学第一定律二、热力学第一定律1、热力学第一定律的诞生史、热力学第一定律的诞生史罗伯特罗伯特 迈尔的灵感迈尔的灵感（哲学）（哲学）焦耳的实验焦耳

5、的实验（实验）（实验）亥姆霍兹的贡献亥姆霍兹的贡献（理论概括和数学论证）（理论概括和数学论证）职业：医生职业：医生职业：商人职业：商人职业：医生职业：医生启迪：启迪：l 科学理论的创新有赖于科学理论的创新有赖于“思维的跳跃思维的跳跃”；l 科学理论的起点可以不清楚；科学理论的起点可以不清楚；l 科学理论的起点可以不合理；科学理论的起点可以不合理；l 科学的生命力在于知识杂交，科学发展需要通才。科学的生命力在于知识杂交，科学发展需要通才。8启迪：启迪：l学在广博，不在专狭；学在形成自由奔放的动态思学在广博，不在专狭；学在形成自由奔放的动态思想模式，而不能让专业思维僵化。想模式，而不能让专业思维僵

6、化。科学的发展，科学的发展，人类的生存和发展，需要广博而远大的见识。人类的生存和发展，需要广博而远大的见识。l热力学第一定律的建立过程，说明一个物理定律的热力学第一定律的建立过程，说明一个物理定律的确立，绝非一两个人所能做到的，需要一批科学家，确立，绝非一两个人所能做到的，需要一批科学家，在相当长的时间内，经过艰苦的努力才能完成。在相当长的时间内，经过艰苦的努力才能完成。92、热力学第一定律、热力学第一定律系统在终态系统在终态B和初态和初态A的内能差等于过程中外界对系的内能差等于过程中外界对系统所作的功与系统从外界所吸收的热量之和。统所作的功与系统从外界所吸收的热量之和。第一类永动机不可能制成

7、。第一类永动机不可能制成。 等温过程等温过程 等容过程等容过程 等压过程等压过程 绝热过程绝热过程过程：过程：UWQ 10例例 一系统沿图中的路径一系统沿图中的路径acb从态从态a 变化到态变化到态b时，它吸收热量时，它吸收热量80J，对外做功，对外做功30J，问：，问：（1）若系统沿路径）若系统沿路径adb从态从态a 变化到态变化到态b时，对外做功时，对外做功10J，它吸收热量多少？，它吸收热量多少？（2）若系统从态）若系统从态b沿图中曲线路径回到态沿图中曲线路径回到态a，外界对它做功，外界对它做功20J，它吸收热量多少？，它吸收热量多少？aOVPbcd11卡诺热机：卡诺热机：假设工作物质只

8、与两个恒温热源交换热量，即没有假设工作物质只与两个恒温热源交换热量，即没有散热、漏气、摩擦等损耗能量因素存在，这种热机散热、漏气、摩擦等损耗能量因素存在，这种热机称为称为卡诺热机卡诺热机。其工作物质所进行的循环过程称为。其工作物质所进行的循环过程称为卡诺循环卡诺循环。卡诺关于卡诺循环的分析研究和结论对于生产实践和热学卡诺关于卡诺循环的分析研究和结论对于生产实践和热学理论都很有价值，所以卡诺被称为理论都很有价值，所以卡诺被称为“热力学的创始人热力学的创始人”。12三、热力学第二定律三、热力学第二定律不可能从单一热源吸取热量使之完全变为有用功而不可能从单一热源吸取热量使之完全变为有用功而不产生其他

9、影响。不产生其他影响。开尔文表述：开尔文表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。他变化。克劳修斯表述：克劳修斯表述：第二类永动机不可能制成。第二类永动机不可能制成。l热热功转化的非对称性功转化的非对称性l热量传递的非对称性热量传递的非对称性13热力学第二定律实质上反映了自然过程的不可逆性。热力学第二定律实质上反映了自然过程的不可逆性。在局域范围内，物理学定律都具有时间对称性，但在局域范围内，物理学定律都具有时间对称性，但在宏观尺度上却呈现了时间的不对称性。在宏观尺度上却呈现了时间的不对称性。启迪：启迪：l 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。l我想返老还童是有难度的！我想返老还童是有难度的！14 不可逆过程的基本特征：不可逆过程的基本特征： 没有达到力学平衡，系统与外界之间存在有限没有达到力学平衡，系统与外界之间存在有限大小的压力差；大小的压力差； 没有达到热平衡，系统与外界之间存在有限大没有达到热平衡，系统与外界之间存在有限大小的温度差；小的温度差； 没有消除摩擦、电阻等耗散因素。没有消除摩擦、电阻等耗散因素。问题问题:自然过程进行的方向？自然过程进行的